線性低密度聚乙烯裝置排放氣回收工藝研究

趙宇

摘 要：傳統(tǒng)線性低密度聚乙烯裝置的排放氣回收系統(tǒng)存在很多問(wèn)題，如烷類和烴類的回收率不足，原料損耗率較高等。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)排放氣回收工藝的研究取得了很多進(jìn)展，本文對(duì)幾種新的回收工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并且對(duì)比了一步冷凝法和兩部冷凝法的回收效果。通過(guò)不斷的優(yōu)化排放氣回收工藝，實(shí)現(xiàn)了烴類回收率的提高和氮?dú)獾难h(huán)利用，在創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)減小環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：線性低密度聚乙烯；回收系統(tǒng)；排放氣

1 前言

聚乙烯裝置排放氣中含有乙烯、乙烷、甲烷、氮?dú)饧爸亟M分丁烯-1、異戊烷等，而通常采用的壓縮冷凝法回收效率并不高，排放氣中的丁烯-1和異戊烷的回收效率會(huì)隨著回收氣中氮?dú)夂康奶岣叨档汀Ｍㄟ^(guò)對(duì)比分析現(xiàn)有各類氣體回收技術(shù)的特點(diǎn)，比較各種回收方法的優(yōu)缺點(diǎn)，在原有工藝的基礎(chǔ)上對(duì)回收裝置進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)排放氣中各種烷類、烴類的高效回收和尾氣中的氮?dú)庵貜?fù)利用，達(dá)到減少原料損耗和節(jié)能減排的目的。

2 排放氣回收新技術(shù)分析

2.1 變壓吸附技術(shù)

變壓吸附（PSA）技術(shù)始于20世紀(jì)六十年代初，在七十年代基本實(shí)現(xiàn)了在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用，并于八十年代開(kāi)發(fā)利用高吸附分離性能的沸石分子篩，變壓吸附技術(shù)得到飛速發(fā)展，具有啟動(dòng)時(shí)間短、能耗較低和節(jié)約成本、自動(dòng)化程度高的突出優(yōu)點(diǎn)。不同氣體在同一吸附劑上的吸附特性存在差異，選擇合適的吸附劑就能實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體中不同吸附能力的各種氣體分離提純的目的。由氣體吸附定律可知，當(dāng)某種吸附劑吸附同一種氣體時(shí)，壓力越高，吸附量越大；溫度越高，吸附量越小。因此，在氣體回收過(guò)程中通常采用高壓或低溫下吸附，然后降壓或升溫解吸，達(dá)到吸附劑循環(huán)利用的目的。比較常見(jiàn)的PSA工藝流程如下：排放氣經(jīng)低壓冷凝回收一部分液體，后利用壓縮機(jī)升壓并高壓冷凝至-10℃回收更多的液體，回收的共聚單體和吸附劑送回反應(yīng)進(jìn)料系統(tǒng)，多余的排放氣送至火炬燃燒處理。

2.2 無(wú)動(dòng)力深冷分離技術(shù)

無(wú)動(dòng)力深冷分離技術(shù)是無(wú)動(dòng)力回收氨技術(shù)在聚乙烯排放氣回收系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。通過(guò)增加深冷分離設(shè)備，在提高共聚單體和異戊烷的回收率的同時(shí)，可將以往線性聚乙烯裝置的氮?dú)庀目偭肯陆盗巳桑磕昕僧a(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益一百多萬(wàn)，同時(shí)能耗也大大的降低，實(shí)現(xiàn)了裝置的清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排利益最大化。所謂無(wú)動(dòng)力深冷分離回收技術(shù)，是指在不需要任何額外動(dòng)力的情況下，利用火炬氣尾氣倉(cāng)的原有壓力能，通過(guò)多通道循環(huán)膨脹制冷，充分冷卻液化后深度分離回收剩余的丁烯-1和異戊烷。該回收技術(shù)的主要流程如下：利用尾氣自身壓力能，采用透平膨脹機(jī)絕熱膨脹，使得冷卻降溫至-130℃液化，進(jìn)而在氣液分離器中分流。考慮到聚乙烯回收氣裝置中管道和分離罐的耐低溫特性，設(shè)備內(nèi)的管道材質(zhì)通常為碳鋼，也有局部的管線使用耐低溫性能不足的低溫鋼，因此無(wú)動(dòng)力回收的冷凝液體溫度要控制在-37℃左右，分離罐的壓力不能超過(guò)0.3MPa左右。通過(guò)增加無(wú)動(dòng)力深冷回收裝置吸收后，乙烯的回收率達(dá)到了72%，而丁烯-1和異戊烷的回收率高達(dá)99.9%以上。共聚單體和異戊烷的回收率大大提高后，裝置的單耗隨之大幅降低，經(jīng)濟(jì)效益的提升十分可觀。

2.3 有機(jī)蒸汽膜分離技術(shù)

傳統(tǒng)工藝通常不會(huì)在排放氣回收單元中設(shè)置膜回收系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)的一些改裝裝置即便增設(shè)膜回收系統(tǒng)，對(duì)重?zé)N類的回收效率依舊不高。有別于傳統(tǒng)氣相膜擴(kuò)散選擇性控制，新型氣體蒸汽滲透膜的理論原理是溶解擴(kuò)散機(jī)理，氣體在膜兩側(cè)的分壓差產(chǎn)生了分離推動(dòng)力，而混合氣體中的不同組分在通過(guò)滲透膜時(shí)呈現(xiàn)出不同的滲透速率，從而實(shí)現(xiàn)氣體分離的目的。常見(jiàn)的有機(jī)蒸汽膜是三層結(jié)構(gòu)：第一層起結(jié)構(gòu)作用的是無(wú)紡布支撐膜材料；中間層實(shí)現(xiàn)分離層增強(qiáng)的是耐溶劑的多孔膜；表面分離層采用橡膠態(tài)薄膜。生產(chǎn)出來(lái)的平板有機(jī)膜經(jīng)卷制后形成螺旋卷式膜組件，可以滿足工業(yè)大規(guī)模使用的要求。當(dāng)膜系統(tǒng)與吸收系統(tǒng)、精餾裝置、反應(yīng)裝置等耦合使用以后，有機(jī)蒸汽中的回收率可以達(dá)到95%以上，而氮?dú)飧强梢约兓?9%以上，實(shí)現(xiàn)真正的氮?dú)飧呒冄h(huán)使用。

3 一步冷凝法與兩步冷凝法的比較

聚乙烯裝置排放氣回收通常采用的是兩步冷凝法，即先經(jīng)低壓冷凝器回收一部分液體，再經(jīng)壓縮機(jī)升壓后高壓低溫狀態(tài)冷凝尾氣回收更多的液體。壓縮機(jī)出口的壓力和液體回收量呈線性正比關(guān)系，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力升高，原料回收率提高，冷凝劑的消耗隨之下降；而壓縮機(jī)功率隨著出口壓力的升高而增加，冰機(jī)的功率下降使冷卻水消耗增加。可見(jiàn)，壓縮機(jī)出口壓力的升高可以降低單體及冷凝劑的消耗量，但功率的增加致使能耗增加是無(wú)法避免的。

一步冷凝法與兩步冷凝法最大的區(qū)別在于一步冷凝步法不設(shè)置低壓冷凝器。采用一步冷凝法時(shí)，在相同壓力下液體回收量與低壓冷凝器的設(shè)置與否無(wú)關(guān)，而壓縮機(jī)功率和循環(huán)水的消耗會(huì)因?yàn)榈蛪豪淠鞯娜笔Ф撸鶛C(jī)的電能損耗會(huì)降低，按照折算系數(shù)綜合計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)一步冷凝法較兩步冷凝法節(jié)約能量和資源。此外，在相同壓力下，一步冷凝法回收的液體量較兩步冷凝法要多。因此，基本可以得出以下結(jié)論：一步冷凝法既可節(jié)約能量，又能降低物耗，明顯優(yōu)于兩步冷凝法。

4 結(jié)論

為了響應(yīng)國(guó)家低碳和節(jié)能減排的號(hào)召，在線性低密度聚乙烯排放氣回收的原有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)和設(shè)備的升級(jí)換代和改造，通過(guò)增設(shè)無(wú)動(dòng)力深冷回收裝置和增加膜回收系統(tǒng)，采取一步冷凝法等措施可以大大降低物料的損耗和排放損失，在節(jié)能減排工作中取得不錯(cuò)的成效，取得十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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